充电回路分析.docx

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充电回路分析

变桨系统解析

我厂采用东汽FD77A常温型风机，其轮毂采用SSB变桨系统，该系统在国际上采用广泛，由于性能优良被国内外大多数风机制造商选用，其工作原理如下：

该系统外设主要有2部分构成：

1）我厂选用的为城都雷奥的LE8000变桨控制器，在轮毂中编号为4A1，简称（L+B），构成原理如下：

L+B

图表1

该系统在控制原理如下

：

由以上电路图分析，所有变桨信号发出及反馈均有该单元释放，该单元为变桨系统大脑。

变桨控制系统采用三套直流电机伺服控制系统分别对每个桨叶的桨角进行控制，桨距角的变化速度一般不超过每秒8度，桨叶控制范围0°-90°每个桨叶分别采用一个带转角反馈的伺服电机进行单独调节，电机转角反馈采用光电编码器，安装在电动机轴上，采集电机转动角度，由伺服驱动系统实现转速速度闭环控制和变桨控制器实现的转角位置闭环控制。

伺服电机连接减速箱，通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿圈相连，带动桨叶进行转动，实现对桨叶节距角的直接控制。

在轮毂内齿圈的安装第二个转角传感器，直接检测内齿圈转动的角度，即桨距角变化，该传感器作为冗余控制的参考值。

当电机输出轴、联轴器或转角传感器出现故障时，会出现两个转角传感器所测数据不一致的现象，控制器即可据此判断此类故障。

在轮毂内齿圈边上还装有两个接近开关，起限位作用。

主控系统是通过通讯发送位置指令控制桨叶的运动控制，实现对三桨叶的同步运动和风电机组自身特点决定了独立变桨控制系统采用直流伺驱动方案。

其构成由直流伺服系统、伺服电机、后备电源、轮毂，变桨控制器构成。

其优点是：

1、启动性能好；

2、刹车机构简单，叶片顺桨后风能转速可以迅速下降；

3、额定点以前输出功率饱满；额定点以后输出功率平滑，风能叶根承受的动、静载荷小。

　电机变桨距控制机构可对每个桨叶采用一个伺服电机进行单独调节，如图4所示。

伺服电机通过主动齿轮与桨叶轮毅内齿圈相啮合，直接对桨叶的节距角进行控制。

位移传感器采集桨叶节距角的变化与电机形成闭环PID负反馈控制。

在系统出现故障，控制电源断电时，桨叶控制电机由UPS供电，将桨叶调节为顺桨位置。

　电机变桨距控制机构可对每个桨叶采用一个伺服电机进行单独调节，如图所示。

伺服电机通过主动齿轮与桨叶轮毅内齿圈相啮合，直接对桨叶的节距角进行控制。

位移传感器采集桨叶节距角的变化与电机形成闭环PID负反馈控制。

在系统出现故障，控制电源断电时，桨叶控制电机由蓄电池供电，将桨叶调节为顺桨位置。

2）智能轮毂充电器：

该元件为蓄电池充电单元，详细技术参数如下：

该单元控制原理如下：

变桨距控制系统的供电来自主控制室向上提供的三相400V（带零线）的交流电源，该电源通过滑环引入轮毂中的变桨系统，机舱内部智能充电器将交流电整流成直流电经蓄电池后向逆变单元和备用电源供电。

如果交流供电系统出现故障，需要一套备用电源系统向伺服控制器供电，在一段设定的允许时间内将桨叶调节为顺桨位置。

备用电源主要由基于铅酸蓄电池的储能机构和充放电管理模块构成，充放电管理模块向储能机构供电，并实现充放电过程的控制管理

均采用直流永磁伺服电机实现桨叶驱动。

直流电机伺服控制器硬就件分为控制电路和功率逆变电路两大部分。

传统伺服控制采用从内到外依次为电流、速度、位置三闭环的控制结构。

采用蓄电池实现储能。

使用专用充电装置对蓄电池的充放电进行管理，在不同的温度情况下实现对温度补偿功能。

在充电初期实现大电流快速充电，充电时间短。

随着的电流的下降进入恒压充电状态，当充电器检测到充电电流足够小的时候，进入涓流充电，其到对电池的保护作用。

由其电路图可以得出：

3A1出线端串接3组电池开关，每组电池以15分钟为一周期交替循环充电，据现场实测轮毂内3组蓄电池整体电压大致保持在230V左右，在风机控制界面有128信号检测，能看出蓄电池的实时监控。

由电路图走线可以得出，轮毂充电器是控制蓄电池充电及电池检测的主要元气件，不难得出，只有确保轮毂充电器的正常工作，才能保证蓄电池组有合格的动力输出。

而（L+B）对轮毂充电器不存在有明显的监控，从回路中可以得出，只对电池组OK信号有输入和电池柜充电回路有监控。

四、变桨系统故障分析

1.变桨控制系统常见故障原因及处理方法

Pitchanglediff1113变桨角度有差异

Pitchangle11131叶片1变桨角度有差异

Pitchangle21132叶片2变桨角度有差异

Pitchangle31133叶片3变桨角度有差异

原因：

变桨电机上的旋转编码器（A编码器）得到的叶片角度将与叶片角度计数器（B编码器）得到的叶片角度作对比，两者不能相差太大，相差太大将报错。

处理方法：

由于B编码器是机械凸轮结构，与叶片的变桨齿轮啮合，精度不高且会不断磨损，在有大晃动时有可能产生较大偏差，因此先复位，排除故障的偶然因素；如果反复报这个故障，进轮毂检查A、B编码器，检查的步骤是先看编码器接线与插头，若插头松动，拧紧后可以手动变桨观察编码器数值的变化是否一致，若有数值不变或无规律变化，检查线是否有断线的情况。

编码器接线机械强度相对低，在轮毂旋转时，在离心力的作用下，有可能与插针松脱，或者线芯在半断半合的状态，这时虽然可复位，但转速一高，松动达到一定程度信号就失去了，因此可用手摇晃线和插头，若发现在晃动中显示数值在跳跃，可拔下插头用万用表打通断，有不通的和时通时断的，要处理，可重做插针或接线，如不好处理直接更换新线。

排除这两点说明编码器本体可能损坏，更换即可。

由于B编码器的凸轮结构脆弱，多次发生凸轮打碎，因此对凸轮也应做检查。

Pitchmeas.Sys.1＜＞21166变桨系统2个编码器不同步

这个故障为警告，但该警告持续24小时也会导致停机，报“1166for24h1188持续24小时报1166状态”，停机后的处理方法和上面处理1113方法一样。

Pitch＜＞endstop1159叶片没有到达限位开关动作设定值

原因：

叶片设定在92°触发限位开关，若触发时角度与92°有一定偏差会报此故障。

处理方法：

检查叶片实际位置。

限位开关长时间运行后会松动，导致撞限位时的角度偏大，此时需要一人进入叶片，一人在L+B上微调叶片角度，观察到达限位的角度，然后参考这个角度将限位开关位置重新调整至刚好能触发时，在L+B上将角度清回92°。

限位开关是由螺栓拧紧固定在轮毂上，调整时需要2把小活扳手或者8mm叉扳。

Pitchendstop11906叶片1限位开关动作

Pitchendstop21908叶片2限位开关动作

Pitchendstop31909叶片3限位开关动作

原因：

叶片到达92°触发限位开关，但复位时叶片无法动作或脱离限位开关。

处理方法：

首先手动变桨将叶片脱离后尝试复位，若叶片没有动作，有可能的原因有：

①MITA柜的手动变桨信号无法传给L+B；可在MITA柜中将141端子和140端子下方进线短接后手动变桨②检查轴控柜内开关是否有可能因过流跳开，若有合上开关后将叶片拉直90°即可复位③pitchmaster故障；观察pitchmaster的面板指示或测量变桨信号是否有输出，同时检查其他电器元件是否有损坏。

Pitchmotortemp11147变桨电机1温度高

Pitchmotortemp21147变桨电机2温度高

Pitchmotortemp31147变桨电机3温度高

Pitch1current＞max1150变桨电机1电流超过最大值

Pitch2current＞max1151变桨电机2电流超过最大值

Pitch3current＞max1152变桨电机3电流超过最大值

原因：

温度过高多数由于线圈发热引起，有可能是电机内部短路或外载负荷太大所致，而过流也引起温度升高。

处理方法：

先检查可能引起故障的外部原因：

变桨齿轮箱卡瑟、变桨齿轮夹有异物；再检查因电气回路导致的原因，常见的是变桨电机的电器刹车没有打开，可检查电气刹车回路有无断线、接触器有无卡瑟等。

排除了外部故障再检查电机内部是否绝缘老化或被破坏导致短路。

Pitchctrl.Communic1157变浆控制通讯故障

原因：

轮毂控制器L+B与主控器WP3100之间的通讯中断，在状态菜单的L+B项里有变桨通讯故障的次数，短时间内多次报错才会导致故障停机，在L+B无故障的前提下，主要故障范围是信号线207、208从MITA柜到滑环，由滑环进入轮毂这一回路出现干扰、断线、滑环接触不良等。

处理方法：

用万用表测量207、208信号线有无电压，207电压在1.5V左右，208电压在2.5V左右，有电压说明L+B无故障并且回路无断路，这两根信号线留有一组备用线，分别与207、208在一根线皮里，找到后测量备用线的电压，低电压与207一起接入端子排，高电压与208一起接入，试启机，检查状体菜单里L+B项有没有报错，启机时多观察一段时间，转速高时更容易报错。

若故障依然存在，继续检查滑环，我场风机绝大多数变桨通讯故障都由滑环引起。

齿轮箱漏油严重时造成滑环内进油，油附着在滑环与插针之间形成油膜，起绝缘作用，导致变桨通讯信号时断时续，冬季油变粘着，变桨通讯故障更为常见。

一般清洗滑环后故障可消除，但此方法治标不治本，从根源上解决的方法是解决齿轮箱漏油问题。

滑环造成的变桨通讯还有可能有插针损坏、固定不稳等原因引起，若滑环没有问题，得将轮毂端接线脱开与滑环端进线进行校线，校线的目的是检查线路有无接错、短接、破皮、接地等现象。

滑环座要随主轴一起旋转，里面的线容易与滑环座摩擦导致破皮接地，也能引起变桨故障。

Pitcherror1161变桨错误

原因：

变桨控制器内部发出的故障，变桨控制器OK信号中断，可能是变桨控制器L+B故障，或者信号输出有问题。

处理方法：

此故障一般与其他变桨故障一起发生，当L+B故障无法控制变桨时，PITCHCONTROLLEROK信号为0，可进入轮毂检查L+B是否损坏，一般L+B故障，会导致无法手动变桨，若可以手动变桨，则检查信号输出的线路是否有虚接、断线等，前面提到的滑环问题也能引起此故障。

Pitchrunaway1905变桨失效

原因：

当风轮转动时，MITA控制器要根据转速调整变桨位置使风轮按定值转动，若此传输错误或延迟300ms内不能给变桨控制器传达动作指令，则为了避免超速会报错停机。

处理方法：

MITA控制器的信号无法传给变桨控制器主要由信号故障引起，影响这个信号的主要是信号线和滑环，检查287号端子有无电压，有电压则MITA将变桨信号发出，继续查MITA柜到滑环部分，若无故障继续检查滑环，再检查滑环到轮毂，分段检查逐步排查故障。

Pitch（M）1rpmhigh1913变浆电机1转速高

Pitch（M）2rpmhigh1914变浆电机2转速高

Pitch（M）3rpmhigh1915变浆电机3转速高

原因：

检测到的变桨转速超过31°每秒，这样的转速一般不会出现，大多数由于旋转编码器故障引起。

或者由轮毂传出的RPMOK信号线问题引起。

处理方法：

可参照检查变桨编码器不同步的故障处理方法编码器问题，编码器无故障则转向检查信号传输问题。

2.变桨机械部分常见故障原因及处理方法

变桨机械部分的故障主要集中在减速齿轮箱上，保养不到位加之质量问题，使减速齿轮箱有可能损坏，在有卡瑟转动不畅的情况下会导致变桨电机过流并且温度升高，因此有电机过流和温度高的情况频发时，要检查减速齿轮箱。

轮毂内有给叶片轴承和变桨齿轮面润滑的自动润滑站，当缺少润滑油脂或油管堵塞时，叶片轴承和齿面得不到润滑，长时间运行必然造成永久地损伤，变桨齿轮与B编码器的铝制凸轮没有润滑，长时间摩擦，铝制凸轮容易磨损，重则将凸轮打坏，造成编码器不同步致使风机故障停机，因此需要重视润滑这个环节，长时间的小毛病的积累，必然导致机械部件不可挽回的损坏。

3.蓄电池部分常见故障及处理方法

Pitchbat.Charger1175变浆电池充电器故障

原因：

轮毂充电器3A1不充电，有可能3A1已经损坏，有可能由于电网电压高导致无法充电。

处理方法：

观察停机代码，一般轮毂充电器不工作引起3面蓄电池电压降低，将会一起报Batt.voltage1stop1182叶片1蓄电池电压故障

Batt.voltage2stop1184叶片2蓄电池电压故障

Batt.voltage3stop1186叶片3蓄电池电压故障

检查3A1，测量有无230V交流输入，有230交流电压说明输入电源没问题，再测量有无230V左右直流输出和24V直流输出，有输入无输出则可更换3A1，若由于电网电压短时间过高引起，则电压恢复后即可复位。

Batt.voltage1stop1182叶片1蓄电池电压故障（单独报错）

Batt.voltage2stop1184叶片2蓄电池电压故障（单独报错）

Batt.voltage3stop1186叶片3蓄电池电压故障（单独报错）

原因：

若只是单面蓄电池电压故障，则不是由轮毂充电器不充电导致，可能由于蓄电池损坏、充电回路故障等引起。

处理方法：

按下轮毂主控柜的充电实验按钮，3面轮流试充电，此时测量吸合的电流接触器的出线端有无230V直流电源，再顺着充电回路依次检查各电气元件的好坏，检查时留意有无接触不良等情况，确定充电回路无异常，则检查是否由于蓄电池故障导致不能充电。

打开蓄电池柜，蓄电池由3组，每组6个蓄电池串联组成，单个蓄电池额定电压12V，先分别测量每组两端的电压，若有不正常的电压，则挨个测量每个蓄电池，直到确定故障的蓄电池位置，将损坏蓄电池更换，再充电数个小时（具体充电时间根据更换的数量和温度等外部因素决定），一般充电12小时即可。

若不连续充电直接运行，则新蓄电池没有彻底激活，寿命大打折扣，很快也会再次损坏，还有可能导致其他蓄电池损坏。

五、变桨系统飞车的原因分析及预防

介于风力机的变桨系统的构成及工作原理，能导致叶片飞车的原因有以下3种：

1）蓄电池原因

由变桨系统构成可以得出，在风机因突发故障停机时，是完全依靠轮毂中的蓄电池来进行收桨的。

因此轮毂中的蓄电池储能不足或电池失电，导致出故障时，不能及时回桨，而会引发飞车。

蓄电池故障主要有2个方面的影响：

1、由于蓄电池前端的轮毂充电器损坏，导致蓄电池无法充电，直至亏损。

2、由于蓄电自身的质量问题，如果1组中有1-2块蓄电池放亏，电池整体电压测量时属于正常范围中，但是电池单体电压测量后已非正常区间，这种蓄电池在出现故障后已不能提供正常电拖动力来有效的促使桨叶回收减速，而最终引发飞车事故。

2）信号滑环的原因：

1、该种风机绝大多数变桨通讯故障都由滑环接触不良引起。

齿轮箱漏油严重时造成滑环内进油，油附着在滑环与插针之间形成油膜，起屏蔽作用，导致变桨通讯信号时断时续，致使主控柜wp3100控制单元无法接受和反馈处理超速信号，导致变桨系统无法停止，直至飞车。

2、由于滑环的内部构造的原因，会出现滑环磁道与探针接触不良等现象，也会引发信号的中断和延时，其中不排除探针会受力变形。

3、超速模块的原因

超速模块主要作用就是监控主轴及齿轮箱低速轴和叶片的超速。

该模块为同时监测轴系的三个转速测点，以三取二逻辑方式，对轴系超速状态进行判断。

三取二超速保护动作有独立的信号输出，可直接驱动设备动作。

具有两通道配合可完成轴旋转方向和旋转速度的测量。

使用有一定齿距要求的齿盘产生两个有相位偏移的信号，A通道监测信号间的相位偏移得到旋转方向，B通道监测信号周期时间得到旋转速度。

当该模块软件失效后或信号感知出现问题，会导致在超速时，风机主控不能判断故障及时停机，而引发导致飞车。

为了预防变桨系统飞车事故的发生，我们应该以预防为主，其预防方法如下：

1）定期的检查蓄电池单体电池电压，定期的做蓄电池充放电实验，并将蓄电池检测时间控制在合理区间，运行过程中密切注意电网供电质量，尽量减少大电压对轮毂充电器及UPS的冲击，尽可能的避免不必要的元器件的损坏。

2）有正对性的测试超速模块2035的功能，避免该模块软故障的形成。

3）彻底根除齿轮箱漏油的弊病，定期开展滑环的清洗工作，保证滑环的正常工作。

2010/7/8